一種離子聚合物及其制備方法以及應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明提供一種離子聚合物及其制備方法以及應(yīng)用，將不同的稀土離子液體以不同的摩爾比與聚乙烯基吡咯烷酮在溫和的條件下反應(yīng)，得到一系列具有細微顆粒物吸附特性的新型功能材料。該類材料不僅具有稀土離子液體熱穩(wěn)定性和相態(tài)穩(wěn)定性高等特點，同時還具有細微顆粒物吸附率高，吸附性能持久，以及可再生等特點，使得該材料能在各種不同的領(lǐng)域得到應(yīng)用。最重要的是該方法制備工藝簡單，原料易得，成本低廉，且不使用有機溶劑，原料利用率高，綠色環(huán)保，能適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
【專利說明】
一種離子聚合物及其制備方法以及應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于稀土功能材料及其制備和應(yīng)用領(lǐng)域，涉及一種離子聚合物及其制備方法以及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著世界經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市空氣污染變得越來越嚴重。在眾多空氣污染物中，PM2.5危害最為嚴重。由于其粒徑小，具有較大的比表面積，因此能吸附大量有毒有害物質(zhì)，同時能夠被人類吸入肺部，引起各類疾病，甚至肺癌。除此之外，PM2.5也是導(dǎo)致霧霾的直接原因。PM2.5的來源主要是人為源，因此如何從源頭上控制PM2.5的排放成為一個刻不容緩的問題。
[0003]目前已有的PM2.5除去技術(shù)主要分為源外處理和源處理。源外處理主要是以負氧離子中和沉降和布朗運動為基礎(chǔ)的負離子機，源處理主要是以多級過濾技術(shù)為基礎(chǔ)的柴油微粒過濾器和以靜電吸附為基礎(chǔ)的靜電除塵技術(shù)，這兩者的共同局限都在于設(shè)備過于昂貴，同時其能源消耗也十分巨大，且除塵效率低。
[0004]在對各類功能材料的眾多研究中，離子聚合物當(dāng)屬研究得最多的材料之一。因其將離子化合物和高分子的特性相結(jié)合，使得離子聚合物在許多領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。PM2.5由于較小的粒徑和較大的比表面積會在其表面吸附一些金屬離子而使得整個微粒帶正電，而離子聚合物中存在陰離子，能夠有效地捕獲這些微粒，同時高分子的力學(xué)性能能保證材料能通過加工適用于不同領(lǐng)域。
[0005]聚乙烯基吡咯烷酮被廣泛地使用在食品和化妝品的制作中，具有無毒無害的特點。除此之外，其具有優(yōu)異的成膜性和成膠性，為材料的力學(xué)性能提供支持，同時以其為基底做出的材料又不至于過硬，有良好的形狀加工特性，擴大了材料的應(yīng)用領(lǐng)域。最重要的是，該聚合物成本低廉，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0006]離子液體是近年來研究得比較多的新型功能材料，因其具有優(yōu)異的熱力學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性被廣泛用于各個領(lǐng)域。而使用稀土離子液體更可以將稀土的特殊性質(zhì)引入到材料中以適應(yīng)更多的需求，如發(fā)光稀土元素的引入可以對PM2.5的吸附進行實時觀察，當(dāng)其熒光猝滅到一定程度時即達到最大吸附值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的在于提供一種具有微粒吸附特性的離子聚合物及其制備方法以及應(yīng)用。
[0008]一種離子聚合物，其組成為[R^feimMLr^NOA+J-PVP，其中R1U3為烴基，η =I?3，PVP為聚乙烯基吡咯烷酮。
[0009]優(yōu)選地，陽離子[R1R2Rdm]+為取代咪唑陽離子，其中RhI^R3為1、2、3位取代的烴基;陰離子中的稀土離子Ln為La3+ ,Ce3'Pr3+，Nd3+，Sm3+，Eu3+，Gd3+，Tb3+，Dy3+，Ho3+，Er3+，Tm3+，Yb3+或 Lu3+。
[0010]—種離子聚合物的制備方法，將聚乙烯基吡咯烷酮溶解在溫?zé)岬娜ルx子水中，而后將稀土離子液體[RiR2R3im]n[Ln(N03)3+n]按照摩爾比為l:r，r = 3?30的量滴入聚乙烯基吡咯烷酮的溶液中，在100?200°C反應(yīng)4?24h即得金黃色液體，再將水除去即可獲得膠狀固體。
[0011 ] 一種離子聚合物在細微顆粒物吸附中的應(yīng)用。
[0012]優(yōu)選地，含有發(fā)光稀土元素的離子聚合物能對細微顆粒物含量進行熒光指示。
[0013]優(yōu)選地，離子聚合物在吸附細微顆粒物后能夠用溶劑進行洗滌，能使離子聚合物恢復(fù)吸附能力，進行重復(fù)使用，所述溶劑為乙酸乙酯。
[0014]本發(fā)明提供的離子聚合物能夠應(yīng)用于細微顆粒物的吸附。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
[0016]1、本發(fā)明提供一種具有微粒吸附特性的新型離子聚合物。
[0017]2、本材料具有優(yōu)異的熱力學(xué)和相態(tài)穩(wěn)定性，能適用于大多數(shù)工作環(huán)境。
[0018]3、本材料具有較好的微粒吸附特性，能夠?qū)毼㈩w粒物，尤其對PM2.5和PMlO進行有效吸附。
[0019]4、本材料在使用后能夠使用常見溶劑進行洗滌，使其恢復(fù)吸附性能。
[0020]5、本材料由于引入稀土元素，可以對不同的工作需求提供其他附加性質(zhì)，如光致發(fā)光。
[0021]6、本材料的制備步驟短，反應(yīng)條件溫和，原料簡單易得，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0022]7、本材料綠色低毒，不會對環(huán)境產(chǎn)生損害，易于處理，同時還能從廢舊的材料中回收稀土元素，進一步降低成本
【附圖說明】
[0023]圖1a為離子聚合物用乙酸乙酯洗滌前的電鏡圖；
[0024]圖1b離子聚合物用乙酸乙酯洗滌后的電鏡圖；
[0025]圖2a離子聚合物吸附細微顆粒物前的電鏡圖；
[0026]圖2b離子聚合物少量吸附細微顆粒物后的電鏡圖。
【具體實施方式】
[0027]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面本發(fā)明中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0028]實例1:1-甲基-3-乙基咪唑六硝酰鑭酸鹽離子液體/聚乙烯基吡咯烷酮離子聚合物
[0029]將1-甲基-3-乙基咪唑六硝酰鑭酸鹽離子液體和聚乙烯基吡咯烷酮以單體計算摩爾比I比10加入到水中，在100°C回流反應(yīng)4小時，然后在真空下將其中的水除盡，即得黃色固體。
[0030]實例2:1-甲基-3-辛基咪唑六硝酰鑭酸鹽離子液體/聚乙烯基吡咯烷酮離子聚合物
[0031]將1-甲基-3-辛基咪唑六硝酰鑭酸鹽離子液體和聚乙烯基吡咯烷酮以單體計算摩爾比I比10加入到水中，在100°C反應(yīng)4小時，然后在真空下將其中的水除盡，即得黃色固體。
[0032]實例3:1-甲基-3-丙基咪唑六硝酰鈰酸鹽離子液體/聚乙烯基吡咯烷酮離子聚合物
[0033]將1-甲基-3-丙基咪唑六硝酰鈰酸鹽離子液體和聚乙烯基吡咯烷酮以單體計算摩爾比I比10加入到水中，在120°C反應(yīng)6小時，然后在真空下將其中的水除盡，即得黃色固體。
[0034]實例4:1-甲基-3-丁基咪唑六硝酰鐯酸鹽離子液體/聚乙烯基吡咯烷酮離子聚合物
[0035]將1-甲基-3-丁基咪唑六硝酰鐯酸鹽離子液體和聚乙烯基吡咯烷酮以單體計算摩爾比I比1加入到水中，在160 °C反應(yīng)9小時，然后在真空下將其中的水除盡，即得淡綠色固體。
[0036]實例5:1-甲基-3-戊基咪唑六硝酰釹酸鹽離子液體/聚乙烯基吡咯烷酮離子聚合物
[0037]將1-甲基-3-戊基咪唑六硝酰釹酸鹽離子液體和聚乙烯基吡咯烷酮以單體計算摩爾比I比10加入到水中，在180°C反應(yīng)12小時，然后在真空下將其中的水除盡，即得淡紫色固體。
[0038]實例6:1-甲基-3-己基咪唑六硝酰釤酸鹽離子液體/聚乙烯基吡咯烷酮離子聚合物
[0039]將1-甲基-3-己基咪唑六硝酰釤酸鹽離子液體和聚乙烯基吡咯烷酮以單體計算摩爾比I比10加入到水中，在200°C反應(yīng)15小時，然后在真空下將其中的水除盡，即得黃色固體。
[0040]實例7:1-甲基-3-庚基咪唑五硝酰銪酸鹽離子液體/聚乙烯基吡咯烷酮離子聚合物
[0041 ]將1-甲基-3-庚基咪唑五硝酰銪酸鹽離子液體和聚乙烯基吡咯烷酮以單體計算摩爾比I比10加入到水中，在200°C反應(yīng)24小時，然后在真空下將其中的水除盡，即得黃色固體。
[0042]實例8:1-甲基-3-辛基咪唑五硝酰釓酸鹽離子液體/聚乙烯基吡咯烷酮離子聚合物
[0043]將1-甲基-3-辛基咪唑五硝酰釓酸鹽離子液體和聚乙烯基吡咯烷酮以單體計算摩爾比I比10加入到水中，在200°C反應(yīng)24小時，然后在真空下將其中的水除盡，即得黃色固體。
[0044]實例9:1-甲基-3-辛基咪唑五硝酰鋱酸鹽離子液體/聚乙烯基吡咯烷酮離子聚合物
[0045]將1-甲基-3-辛基咪唑五硝酰鋱酸鹽離子液體和聚乙烯基吡咯烷酮以單體計算摩爾比I比30加入到水中，在200°C反應(yīng)24小時，然后在真空下將其中的水除盡，即得黃色固體。
[0046]實例10:1-甲基-3-丁基咪唑五硝酰鏑酸鹽離子液體/聚乙烯基吡咯烷酮離子聚合物
[0047]將1-甲基-3-丁基咪唑五硝酰鏑酸鹽離子液體和聚乙烯基吡咯烷酮以單體計算摩爾比I比5加入到水中，在120°C反應(yīng)24小時，然后在真空下將其中的水除盡，即得黃色固體。
[0048]實例11:1-甲基-3-丁基咪唑五硝酰鈥酸鹽離子液體/聚乙烯基吡咯烷酮離子聚合物
[0049]將1-甲基-3-丁基咪唑五硝酰鈥酸鹽離子液體和聚乙烯基吡咯烷酮以單體計算摩爾比I比15加入到水中，在120°C反應(yīng)24小時，然后在真空下將其中的水除盡，即得淡黃色固體。
[0050]實例12:1-甲基-3-丁基咪唑五硝酰鉺酸鹽離子液體/聚乙烯基吡咯烷酮離子聚合物
[0051 ]將1-甲基-3-丁基咪唑五硝酰鉺酸鹽離子液體和聚乙烯基吡咯烷酮以單體計算摩爾比I比20加入到水中，在120 °C反應(yīng)24小時，然后在真空下將其中的水除盡，S卩得粉紅色固體。
[0052]實例13:1-甲基-3-丁基咪唑五硝酰銩酸鹽離子液體/聚乙烯基吡咯烷酮離子聚合物
[0053]將1-甲基-3-丁基咪唑五硝酰銩酸鹽離子液體和聚乙烯基吡咯烷酮以單體計算摩爾比I比5加入到水中，在120°C反應(yīng)24小時，然后在真空下將其中的水除盡，即得黃色固體。
[0054]實例14:1，2-二甲基-3-丁基咪唑五硝酰鐿酸鹽離子液體/聚乙烯基吡咯烷酮離子聚合物
[0055]將I，2_二甲基-3-丁基咪唑五硝酰鐿酸鹽離子液體和聚乙烯基吡咯烷酮以單體計算摩爾比I比10加入到水中，在120°C反應(yīng)24小時，然后在真空下將其中的水除盡，即得黃色固體。
[0056]實例15:1-甲基-3-丁基咪唑五硝酰镥酸鹽離子液體/聚乙烯基吡咯烷酮離子聚合物
[0057]將1-甲基-3-丁基咪唑五硝酰镥酸鹽離子液體和聚乙烯基吡咯烷酮以單體計算摩爾比I比15加入到水中，在120°C反應(yīng)24小時，然后在真空下將其中的水除盡，即得黃色固體。
[0058]實例16:1_甲基-3-丙炔基咪唑五硝酰鑭酸鹽離子液體/聚乙烯基吡咯烷酮離子聚合物
[0059]將1-甲基-3-丙炔基咪唑五硝酰鑭酸鹽離子液體和聚乙烯基吡咯烷酮以單體計算摩爾比I比10加入到水中，在120°C反應(yīng)15小時，然后在真空下將其中的水除盡，即得黃色固體。
[0060]實例17:1，2，3_三甲基咪唑五硝酰鈰酸鹽離子液體/聚乙烯基吡咯烷酮離子聚合物
[0061 ]將I，2，3_三甲基咪唑五硝酰鈰酸鹽離子液體和聚乙烯基吡咯烷酮以單體計算摩爾比I比30加入到水中，在150°C反應(yīng)24小時，然后在真空下將其中的水除盡，即得黃色固體。
[0062]實例18:0.3g1-甲基-3-辛基咪唑五硝酰鑭酸鹽離子液體/聚乙烯基吡咯烷酮離子聚合物在2小時內(nèi)對固定體積的空氣中PM2.5和PMlO的去除率達90 %以上。
[0063]實例19:0.3g 1-甲基-3-辛基咪唑五硝酰鈰酸鹽離子液體/聚乙烯基吡咯烷酮離子聚合物對流動空氣中PM2.5和PMlO的吸附率在50%以上。
[0064]實例20:將吸附后的1-甲基-3-辛基咪唑五硝酰銪酸鹽離子液體/聚乙烯基吡咯烷酮離子聚合物用乙酸乙酯進行洗滌，可以恢復(fù)其吸附特性，洗滌前后的掃描電鏡照片對比如圖1a和圖1b所示。
[0065]實例21:將1-甲基-3-辛基咪唑五硝酰銪酸鹽離子液體/聚乙烯基吡咯烷酮離子聚合物吸附細微顆粒物前后樣品進行熒光對比，可見吸附后有明顯熒光強度的減弱，可以起到吸附過程的指示作用。新鮮材料及少量吸附細微顆粒物后紫外燈下熒光效果對比如圖2a和2b所示。
[0066]一種由聚乙烯基吡咯烷酮及稀土離子液體進行雜化得到的離子聚合物及其制備方法以及其在可逆吸附細微顆粒物上的應(yīng)用，該離子聚合物具有微粒吸附特性，能對各類PM(細微顆粒物)，特別是PM2.5(粒徑小于等于2.5微米的細微顆粒物)和PMlO(粒徑小于等于10微米的細微顆粒物)等進行有效吸附，同時能通過簡單方法進行脫附，以達到循環(huán)利用的目的。
[0067]本材料使用的原料簡單易得，制備反應(yīng)條件溫和、步驟短，合成成本較低，并且本材料為固體或凝膠體，可應(yīng)用在不同的工作環(huán)境中；使用有熒光特性的稀土元素還能對PM的吸附進度進行熒光監(jiān)測;本材料在使用后可進行簡單地脫附處理，使其能夠循環(huán)使用;材料最終處理方法可進行熱處理，最終產(chǎn)物為稀土氧化物，既不會對環(huán)境產(chǎn)生損害，同時也可以對稀土元素進行回收，進一步降低成本。
[0068]最后應(yīng)說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制;盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項】
1.一種離子聚合物，其特征在于，其組成為[RiR2R3im]n[Ln(N03)3+n]-PVP，其中R1U3為烴基，η = I?3，PVP為聚乙烯基吡咯烷酮。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子聚合物，其特征在于，陽離子[R1R2Rsim]+為取代咪唑陽離子，其中R1、R2、R3為1、2、3位取代的烴基；陰離子中的稀土離子Ln為La3+ ,Ce3+, Pr3+，Nd3+，Sm3+，Eu3+，Gd3+，Tb3+，Dy3+，Ho3+，Er3+，Tm3+，Yb3+或 Lu3+。3.—種如權(quán)利要求1和2所述的離子聚合物的制備方法，其特征在于，將聚乙烯基吡咯烷酮溶解在溫?zé)岬娜ルx子水中，而后將稀土離子液體[R1R2R3 im] η [ Ln (NO3) 3+η ]按照摩爾比為1:r，r = 3?30的量滴入聚乙烯基吡咯烷酮的溶液中，在100?200°C反應(yīng)4?24h即得金黃色液體，再將水除去即可獲得膠狀固體。4.一種如權(quán)利要求1的離子聚合物在細微顆粒物吸附中的應(yīng)用。5.如權(quán)利要求書4所述的離子聚合物在細微顆粒物吸附中的應(yīng)用，其特征在于，含有發(fā)光稀土元素的離子聚合物能對吸附進度進行熒光指示。6.如權(quán)利要求書4所述的離子聚合物在細微顆粒物吸附中的應(yīng)用，其特征在于，離子聚合物在吸附細微顆粒物后能夠用溶劑進行洗滌，能使離子聚合物恢復(fù)吸附能力，進行重復(fù)使用，所述溶劑為乙酸乙酯。
【文檔編號】B01J20/30GK105906746SQ201610457679
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】陶國宏, 宋康祥, 何玲
【申請人】四川大學(xué)